Система "социального контроля" гарантирует чистоту эмбриональных стволовых клеток

Сложная система "социального контроля" между соседними клетками позволяет эмбрионам защищать чистоту своей популяции плюрипотентных клеток, способных генерировать все ткани организма. Эта система работает через элиминацию клеток, которые начинают дифференцироваться преждевременно, в процессе, опосредованном "клеточной конкуренцией" на основе уровня экспрессии гена Myc. Эта система контроля важна для плюрипотентности во время развития эмбрионов млекопитающих и впервые описана в Developmental Cell исследователями из Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC).

Конкуренция на основе Myc очищает популяцию клеток

Когда эмбрионы млекопитающих содержат всего несколько десятков клеток, некоторые из них обладают способностью дифференцироваться во все типы клеток организма (плюрипотентность). Эмбриону необходимо сохранять и расширять популяцию плюрипотентных клеток в течение нескольких дней, чтобы произвести несколько тысяч клеток, достаточных для генерации нового организма. При этом клетки переходят из наивного состояния (более плюрипотентного) в "праймированное", где у них больше склонность к дифференцировке.

До сих пор было неясно, почему расширение числа плюрипотентных клеток сопровождается спонтанной гибелью многих из них. Известно, что соседние плюрипотентные клетки сравнивают свои уровни фактора Myc, контролирующего способность клеток к росту и пролиферации. Клетки с меньшим количеством Myc, чем у соседей, погибают в процессе клеточной конкуренции. Однако было неизвестно, почему популяция плюрипотентных клеток в эмбрионе содержит клетки с разными уровнями Myc.

Myc как маркер состояния дифференцировки

В новом исследовании междисциплинарная команда CNIC использовала плюрипотентные клетки, в которых уровни Myc визуализировались флуоресцентным сигналом. Учёные также разработали новый инструмент анализа изображений, позволивший снимать группы живых плюрипотентных клеток. Отслеживая уровень Myc в этих популяциях, они смогли наблюдать, какие клетки становятся "лузерами" в клеточной конкуренции и погибают, а какие становятся "победителями" и выживают.

Исследование показало, что уровень Myc отражает состояние дифференцировки клетки: клетки с большим количеством Myc более наивны (т.е. более плюрипотентны), тогда как клетки с меньшим количеством Myc более "праймированы" (т.е. более дифференцированы). При делении дочерние клетки имеют сильную тенденцию сохранять уровень Myc и состояние дифференцировки материнской клетки.

Важность системы контроля

Когда учёные блокировали клеточную конкуренцию, они обнаружили, что дифференцированные клетки накапливались в популяции плюрипотентных стволовых клеток. Другими словами, популяция становилась менее чистой, когда "праймированные" клетки не могли быть элиминированы через конкуренцию.

Был сделан ещё один важный вывод: когда эмбрион накопил достаточно плюрипотентных клеток для генерации нового организма, этим клеткам нужно начать дифференцировку. Исследователи обнаружили, что на этой стадии целые популяции клеток одновременно снижают свои уровни Myc, избегая тем самым гибели через клеточную конкуренцию и инициируя скоординированный процесс дифференцировки.

Выводы и значение

Выводы, сделанные ведущим автором Ковадонгой Диас-Диас и коллегами, устанавливают, что клеточная конкуренция на основе дифференциальных уровней Myc между соседними клетками действует как система "социального контроля". Через неё эмбрионы защищают чистоту популяции плюрипотентных стволовых клеток, устраняя клетки, которые начинают дифференцироваться преждевременно.

По словам исследователей, эти результаты также раскрывают "инь и ян" действие таких генов, как Myc. "Способность Myc регулировать рост и пролиферацию клеток необходима для эмбрионального развития, но эта же способность означает, что чрезмерная экспрессия Myc в клетках взрослых организмов является одной из основных причин рака".